Atividade de pesquisa 02 - Ciência dos Materiais

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Ciência dos Materiais
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Data: 21/06/2021
Atividade de Pesquisa 02
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1 - Fale sobre a fabricação do ferro gusa e qual a sua importância na fabricação do aço.
A produção do ferro gusa é um processo químico que utiliza a redução de minérios de ferro para gerar o principal formador do aço. A produção do ferro gusa é uma atividade do setor siderúrgico de extrema importância econômica pelo fato de corresponder à grande parte do custo da produção do aço.
2 - Comente sobre os efeitos do carbono no ferro, fale sobre as propriedades adquiridas e modificadas com o aumento do teor de carbono.
O teor de carbono exerce significativa influência nas propriedades mecânicas do aço. Quanto maior, maiores a dureza e a resistência à tração. Entretanto, aços com elevados teores de carbono são prejudicados pela maior fragilidade devido à maior quantidade de cementita, uma substância bastante dura, mas quebradiça.
3 - Defina Aço e Ferro Fundido.
As ligas de aço possuem em sua composição uma variação no teor de carbono entre 0,008 e 2,11%. Enquanto que no ferro fundido, o teor de carbono varia entre 2,11% e 6,67%.
4 - Fale sobre os Ferros Fundidos, liste os tipos, definindo-os e falando sobre suas propriedades.
Ferros fundidos são ligas de ferro e carbono, com teores deste último acima de 2,11%. O silício está quase sempre presente, e contêm outros elementos, residuais de processo ou propositalmente adicionados. A maioria dos ferros fundidos comerciais apresenta teores de carbono até 4%.
Os ferros fundidos são divididos em três tipos principais: branco, cinzento e dúctil (ou nodular).
Ferro Fundido branco: A superfície recém-cortada tem aparência clara devido à ausência de grafite, uma vez que quase todo o carbono está na forma de carboneto. É extremamente duro e resistente ao desgaste, mas é quebradiço e de difícil usinagem, mesmo com as melhores ferramentas. Em peças, suas aplicações são limitadas a casos onde a dureza e a resistência à abrasão são fundamentais, como cilindros de laminação, matrizes de estampagem, etc. Em geral, é usado na forma mesclada. Neste caso, alguns elementos de liga, como níquel, cromo e molibdênio, podem ser adicionados para controlar a profundidade da camada e melhorar a resistência ao desgaste e à oxidação. Uma composição típica de ferro fundido branco é 3-3,6% C, 0,8% Si, 1,3% Mn, 3,3-5% Ni, 1,4-4% Cr, 1% Mo, 0,15% S, 0,3% P. Usado também para produzir ferro maleável.
Ferro Fundido Cinzento: Assim denominado devido ao aspecto da superfície recém-cortada. Isso ocorre em função da existência de veios de grafita sobre matriz de perlita ou de ferrita (também pode ser uma combinação de ambas). Os veios de grafita exercem considerável influência no comportamento mecânico. Eles produzem aumentos localizados de tensões, que podem iniciar pequenas deformações plásticas sob tensões relativamente baixas na peça e trincas sob esforços maiores. Como resultado, uma peça de ferro fundido cinzento não tem, na prática, comportamento elástico, mas dispõe de um elevado fator de amortecimento de vibrações, característica importante no caso de máquinas operatrizes. Podem-se resumir algumas das vantagens do ferro fundido cinzento: • elevada capacidade de amortecimento de vibrações. • usinagem facilitada pelos veios de grafita, que favorecem a quebra de cavacos e a durabilidade das ferramentas. • razoavelmente resistente à corrosão de vários ambientes comuns (superior aos aços carbono). • boa fluidez, facilitando a fundição de peças complexas. • boas características de deslizamento a seco devido à presença da grafita. • baixo custo de produção. Algumas desvantagens são: • estruturalmente, os veios de grafita atuam como espaços vazios, reduzindo a resistência mecânica. Normalmente, tensão máxima de trabalho recomendada cerca de 1/4 da tensão de ruptura. Carga máxima de fadiga cerca de 1/3 da resistência à fadiga. • é quebradiço, pouco resistente a impactos. • características de usinagem variam com as dimensões da seção da peça. Faixas típicas de composições: 2,5-4% C; 1-3% Si; 0,3-1% Mn; 0,05-0,25% S; 0,1-1% P. Limites de resistência à tração variam de 140 a 410 MPa. Pode receber elementos de liga e ser tratado termicamente para melhores propriedades mecânicas, térmicas ou químicas (corrosão).
Ferro fundido dúctil (ou nodular): O ferro fundido dúctil é amplamente empregado por apresentar um bom compromisso entre custos e propriedades mecânicas, algumas delas próximas dos aços. A ductilidade é claramente vista pelos valores de alongamento, que podem chegar a 18% ou mais (25% por exemplo). Limites de resistência à tração podem ser tão altos quanto 800 MPa. Outra característica importante é a baixa contração na solidificação, o que facilita a produção e reduz o custo de peças fundidas. Faixas típicas de composições são: 3,2-4% C; 1,8-3% Si; 0,1-1% Mn; 0,005-0,02% S; 0,01-0,1% P. Tratamentos térmicos podem ser aplicados (alívio de tensões, recozimento, normalização, têmpera e revenido, têmpera superficial, austêmpera). Elementos de liga como níquel, molibdênio ou cromo podem ser usados para aumentar dureza e outras propriedades.
Ferro fundido maleável: O ferro fundido maleável é obtido a partir do branco. A ductilidade não é das mais altas, algo na faixa de 10%. Grosso modo, pode-se dizer que apresenta valores entre os do ferro fundido cinzento e os do aço. Algumas vantagens são a facilidade de usinagem e a boa resistência ao choque. Mas apresenta certa contração na solidificação, o que exige cuidados na fundição para evitar falhas. Faixas de composições típicas são: 2-2,8% C; 0,9-1,6% Si; 0,5% max Mn; 0,1% max S; 0,2% max P.
5 - Fale um pouco sobre a importância do estudo das propriedades mecânicas de materiais. Como essas propriedades são determinadas?
O conhecimento das propriedades mecânicas dos materiais proporciona a escolha de fatores de segurança adequados, que irão influir de maneira decisiva na parte econômica de um projeto.
As propriedades mecânicas de um material são geralmente determinadas por meio de testes destrutivos ou não destrutivos (para alguns casos) de amostras sob condições controladas.
6 - Como é feito um teste de tração, qual se obtém de um teste como esse. Qual a importância desse teste?
O teste de tração é realizado segurando as extremidades opostas de um corpo de prova dentro do quadro de uma máquina de teste. Uma força de tração é aplicada pela máquina, o que resulta no alongamento gradual e eventual fratura do corpo de prova.
O ensaio de tração é importante para determinar a curva Tensão x Deformação e medir as propriedades de Resistência à Tração, Módulo de Elasticidade, Tensão no Escoamento, Tensão na Ruptura, Deformação no Escoamento, Deformação na Ruptura, etc.
7 - O que é limite de escoamento e limite de resistência a tração.
O limite de escoamento é o ponto onde começa o fenômeno escoamento, a deformação irrecuperável do corpo de prova, a partir do qual só se recuperará a parte de sua deformação correspondente à deformação elástica, resultando uma deformação irreversível.
O limite de resistência à tração é a tensão no ponto máximo da curva tensão- deformação. É a máxima tensão que pode ser sustentada por uma estrutura que se encontra sob tração.
8 - O que é um tratamento térmico?
Tratamento térmico é um conjunto de processos que visa melhorar as propriedades dos metais. Pode agir de forma total (em toda a peça) ou de forma localizada (apenas em uma parte de peça).
9 - Fale sobre a têmpera. Qual estrutura é obtida depois de temperar um aço? Essa estrutura tem aplicação prática? Por que depois da têmpera é normalmente feito o revenimento?
A têmpera tem como objetivo a obtençãode uma microestrutura que proporcione propriedades de dureza e resistência mecânica elevadas. A peça a ser temperada é aquecida à temperatura de austenitização e em seguida é submetida a um resfriamento brusco, ocorrendo aumento de dureza.
A estrutura obtida é metaestável martensítica.
No estado como temperado, martensita, além de ser muito dura, é tão frágil que ela não pode ser usada para a maioria das aplicações; também, quaisquer tensões internas que possam ter sido introduzidas durante a têmpera tem um efeito enfraquecedor. Peças deixadas permanecem nesta condição de alto tensionamento externo correm grande risco de trincas.
Para se atingir valores adequados de resistência mecânica e tenacidade deve-se, logo após a têmpera, proceder ao revenimento.
10 - Diferencie cianetação, carbonitretação e boretação.
Cianetação: Consiste em aquecer o aço em temperaturas que variam de 760 a 870ºC, em um banho de sal fundido, de modo que a superfície do aço absorva carbono e nitrogênio. A cianetação produz uma camada dura e resistente ao desgaste. As profundidades de penetração do carbono e do nitrogênio e, por conseqüência, a dureza, variam com a temperatura e com o tempo, variando de 0,006 a 0,15mm
Carbonitretação: Também conhecido como cianetação seca, cianetação a gás ou nitrocarnonetação, é um processo de introduzir carbono e nitrogênio no aço a partir de uma mistura gasosa apropriada. O carbono provem de um gás rico em carbono e o nitrogênio a partir de amônia. È um processo misto da cementação a gás e a nitretação a gás, sendo realizadas em temperaturas intermediárias entre dois processos (700 a 900ºC). O objetivo da carbonitretação é formar no aço uma camada resistente ao desgaste de 0,07 a 0,7mm. Por empregar temperaturas menores que a cementação gasosa, produz um menor nível de tensões na peça. A resistência à fadiga e ao impacto são maiores em peças carbonitretadas do que nas cementadas a gás. Em contrapartida a profundidade da camada endurecida é menor que na cementação. A carbonitretação também é mais limpa que a cianetação a gás, assim, em peças com formas complicadas ou com pequenos furos a operação de retirada do sal da cianetação é difícil, e aí a carbonitretação é mais indicada.
Boretação: Consiste no enriquecimento superficial em boro no aço pela difusão química, com formação de boretos de ferro. A boretação pode ser gasosa, líquida ou sólida. A boretação gasosa, além de utilizar equipamentos de alto custo, emprega gases muitos venenozos. Na boretação líquida utiliza banhos de sais, não tóxicos, mas apresenta dificuldades de introdução do boro no aço por formar camadas contendo boro e ferro. Em vista disso, a boretação sólida tem sido mais empregada. Os meios de boretação sólida podem conter como fontes de boro as seguintes substâncias:boro puro, ferro-boro, e carboneto de boro. A espessura da camada boretada é muito fina, embora processos especiais permitem obter camadas de até 1 milímetro de profundidade. A temperatura de boretação varia de 800 a 1050ºC e os tempos em geral, variam de 1 a 8 horas. A camada boretada é extremamente dura, apresentando, também, uma grande resistência à corrosão.Os aços empregados na boretação são: aços carbono, ferramenta e inoxidável.
11 - Defina corrosão e a importância de estuda - lá.
A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos.
A corrosão é um tema de suma importância para quem lida com materiais sujeitos a esse processo. É importante entender essa reação química e, principalmente, saber evitá-la com uma boa prevenção.
12 - Quais são as oito deferentes formas de corrosão?
 Uniforme;
 Galvânica;
 Em frestas;
 Por pites ou localizada;
 Intergranular;
 Por lixíviação seletiva;
 Erosão-corrosão;
 Corrosão sob tensão.
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